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先进复合材料热压罐共固化技术的低成本工程

先进复合材料热压罐共固化技术的低成本工程

点击数:7303 次   录入时间:03-04 12:00:35   整理:http://www.55dianzi.com   机床

  以热压罐成型技术为主制造的航空先进复合材料结构件在各类飞机制造上都不同程度进入了批量生产阶段,有的型号已生产了数百架份的先进复合材料结构件,并经过了十多年的使用考核,为进一步扩大先进复合材料在飞机上的应用提供了实用的工程经验。但我们必须清醒看到,先进复合材料的制造成本居高不下、批产中质量的不一致性、对先进复合材料特性缺乏足够的认识等仍然是阻碍先进复合材料在飞机上扩大应用的主要因素,这也是我国航空先进复合材料与先进国家航空复合材料应用差距巨大的问题所在。因此,立足现有的热压罐法,如何降低其制造成本是我们的当务之急,如选用工艺特性优良的树脂体系、国产辅助材料的采用、成型模具的结构优化以及过程细节的严格控制等,都可以在降低制造成本的同时,明显的提高制件的合格率。本课题针对先进复合材料共固化技术成型的产品,从材料开发、工艺优化、性能检测到售后服务等环节,以低成本为主导线,详细描述了一个热压罐共固化技术工程化的范例,达到了在热压罐成型方面明显降低制造成本的目的。

  技术难点

  复合材料共固化技术要进入工程化,必须从材料、工艺、检测和售后等环节入手,高产品质量与低制造成本并行研究,高生产效率与低缺陷率并行考虑,建立低成本、高质量、高效率和低缺陷的复合材料工程化制造体系,达到整个工程的低成本化、技术完整化。
  先进复合材料共固化技术工程化要实现低制造成本必须攻克的技术难点主要有:
  (1) 低成本的原材料货源和多品种预浸料的开发与储备;
  (2) 共固化技术所需辅助材料的国产化研究;
  (3) 共固化成型工艺的优化;
  (4) 产品性能检测项目的合理性以及产品质量的保证;
  (5) 先进复合材料制品缺陷修复手段和修复后的性能表征。

  技术方案

  1 多品种预浸料的开发
  由于复合材料的基体用原材料性能不稳定,加上材料体系易受运输、保管等因素的影响,使得预浸料的工艺性能出现较大的差异,从而影响先进复合材料的内部质量。此外,先进复合材料件在固化过程中出现的某些局部缺陷,由于很难找到一种与之性能相当的树脂体系对其进行修复,构件因不能满足产品技术要求而无法使用,增加了构件的制造成本。
  为提高和稳定先进复合材料的成型质量,降低先进复合材料的制造成本,我们根据不同的复合材料结构件研制开发了中高温度固化、韧性不同的NY9200环氧树脂体系,原材料均为国产,价廉易购;其配制工艺简单,质量稳定,可用于湿法或干法预浸,无污染,易工程化;其预浸料具有贮存期长,固化温度带宽,固化时间短等优点;其先进复合材料具有韧性和机械性能兼优的特性,完全可满足使用温度为80~130℃的国内先进复合材料对树脂基体的要求。其先进复合材料层压板的基本性能如表1所示。

  该树脂体系复合材料已批量用于各类航空产品,经测算每生产1kg的复合材料制件可节约制造成本约120元,其制造成本的降低贡献率为8.6%。

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